Java锁之偏向级锁、轻量级锁、重量级锁

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文章目录

• 什么是偏向级锁、轻量锁、重量级锁 (opens new window)
• 偏向级锁 (opens new window)
• 轻量级锁 (opens new window)
• 重量级锁 (opens new window)

什么是偏向级锁、轻量锁、重量级锁

    首先，我们需要明确一点：**这三种锁只针对synchronized**

    我们都知道，任意一个java对象都可以做为锁，java对象的锁信息存储在对象头中的Mark Word字段中。Mark Word里默认存储对象的HashCode、分代年龄和锁标记位。32位JVM的Mark Word的默认存储结构如下图：  

Java中锁主要存在四种状态：无锁状态、偏向锁状态、轻量级锁状态、重量级锁状态，随着竞争的激烈而逐渐升级。锁只能升级而不能降级，即一个锁从偏向级锁升级到轻量锁时，不能再重新回到偏向级锁。

偏向级锁

    顾名思义，偏向某一个线程，当线程数目不多的时候，由于反复获取锁会使得我们的运行效率下降，于是出现了偏向级锁。JVM使用CAS操作把线程ID记录到对象的Mark Word当中，并修改标识位，name当前线程就拥有了这把锁。  

偏向级锁不需要操作系统的介入，JVM使用CAS操作将线程ID放入对象的Mark Word字段中，于是线程获得了锁，可以执行synchronized代码块的内容，当线程再次执行到这个synchronized的时候，JVM通过锁对象的Mark Word判断 ：当前线程ID还存在，还持有这个对象的锁，于是就可以继续进入临界区执行，而不需要再次获得锁

    偏向锁，在没有别的线程竞争的时候，一直偏向当前线程，当前线程就可以一直进入synchronized修饰的代码块一直运行。

    如果在运行中，遇到了其他线程抢占锁，则持有偏向锁的线程会被挂起，JVM会消除它身上的偏向锁，将锁升级到轻量级锁。

    **总结一点**：偏向级锁就是为了消除资源无竞争情况下的同步原语，进一步提高了程序的运行性能。

轻量级锁

    轻量级锁是由偏向级锁升级来的，当一个线程运行同步代码块时，另一个线程也加入想要运行这个同步代码块时，偏向锁就会升级为轻量级锁。

    首先，JVM会将锁对象的Mark Word恢复成为无锁状态，**在当前两线程的栈桢中各自分配一个空间，叫做Lock Record，把锁对象account的Mark Word在两线程的栈桢中各自复制了一份，官方称为：Displaced Mark Word**  

    然后一个线程尝试使用CAS将对象头中的Mak Word替换为指向锁记录的指针，如果替换成功，则当前线程获得锁，如果失败，则当前线程**自旋**重新尝试获取锁。当自旋获取锁仍然失败时，表示存在其他线程竞争锁(两个或两个以上线程竞争同一个锁)，**则轻量级锁会膨胀成重量级锁**

    举个例子： 线程A、线程B同时想要执行一个同步代码块，假设线程A抢到了锁，则线程A的Lock Record的地址 会被CAS操作放到了锁对象Mark Word中，并且将锁标志位改为00，这意味着线程A就获取到了该锁，可以执行同步代码块。

    而线程B没有抢到锁，但是**线程B不会阻塞，而是通过自旋的方式，等待获取锁。(一般默认自旋10次)**，如果线程A释放掉锁，则将线程A中的Displaced mark word使用CAS复制回锁对象的Mark Word字段，此时线程B就可以获取锁对象，如果线程B还没有获取成功，则说明同时存在两个或两个以上的线程同时竞争这一把锁，**轻量级锁会升级成为重量级锁**。

重量级锁

    我们上面提到，当多个线程竞争同一个锁时，会导致除锁的拥有者外，其余线程都会自旋，这将导致自旋次数过多，cpu效率下降，所以会将锁升级为重量级锁。

    **重量级锁需要操作系统的介入，依赖操作系统底层的Muptex Lock**。JVM会创建一个monitor对象，把这个对象的地址更新到Mark Word中。  

    **当一个线程获取了该锁后，其余线程想要获取锁，必须等到这个线程释放锁后才可能获取到，没有获取到锁的线程，就进入了阻塞状态。**